Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме. Построение графиков сил и моментов. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя, оценка его надежности. Подбор нужного автотранспортного средства, порядок компоновки двигателя.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 15.09.2010
Размер файла 96,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

1.1 Расчет силовых факторов действующих в кривошипно-шатунном механизме

Изменения давления газа на днище поршня представляется в виде индикаторной диаграммы.

Для удобства выполнения последующих рас-четов индикаторная диаграмма представляется в координаты (- угол поворота кривошипа).

Перестроение индикаторной диаграммы производится графически по методу профессора Ф.А. Брикса, взяв значение давления через каждые 30 угла поворота кривошипа (для дизельных при =390).

Поправка Брикса равна:

Сила давления газов в Н определяется по формуле:

(4.1)

где - индикаторное давление газов (давление над поршнем) при заданном угле поворота кривошипа, МПа;

- давление в картере двигателя(под поршнем),МПа; принимается равным атмосферному =0,1 МПа;

- площадь поршня, м; определяется из выражения.

.

Поскольку силу на поршень создает избыточное давление газов, отсчет ординат на индикаторной диаграмме при перестроении следует производить от атмосферного давления. Развернутая индикаторная диаграмма в соответствующем масштабе является графиком изменения сил давления газов. Определение силы давления газов таким образом сводится к умножению ординат графика на масштаб сил .

Результаты расчета сводим в таблицу 4.1

Для определения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс необходимо определить массу в кг частей кривошипно-шатунного механизма совершающих возвратно-поступательное движение.

(4.2)

где - масса поршневого комплекта (поршень, палец, поршневые кольца, детали стопорения пальца), кг;

- часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам, кг.

Для большинства существующих конструкций автомобильных двигателей

=(0,25…0,30) ,

где - масса шатуна в сборе.

Массы и рассчитываются по чертежам деталей или выбираются по статическим данным по следующим зависимостям:

(4.3)

(4.4)

где и - удельные массы соответственно поршневого комплекта и шатуна.

Сила инерции возвратно- поступательно движущихся масс в МПа определяется по формуле:

(4.5)

где - радиус кривошипа, м.;

- угловая скорость коленчатого вала:

.

Результаты расчета сводятся в таблицу 4.1.

Суммарная сила в МПа, действующая на поршневой палец, определяется алгебраическим сложением сил давления газов, и сил инерции возвратно- поступательно движущихся масс по формуле:

(4.6).

Результаты расчета сводятся в таблицу 4.1.

От действия суммарной силы возникают следующие силы:

- суммарная нормальная (боковая) сила в МПа, направленная перпендикулярно оси цилиндра; определяется по формуле:

(4.7).

- суммарная радиальная сила в МПа, направленная по радиусу кривошипа; определяется по формуле:

(4.8).

- суммарная тангенсальная сила в МПа, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа; определяется по формуле:

(4.9).

- суммарная сила, действующая вдоль шатуна в МПа; определяется по формуле

(4.10),

где - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра.

Результаты расчета сил сводятся в таблицу 4.1.

Суммарный (индикаторный) крутящий момент в Нм, развиваемый одним цилиндром двигателя:

(4.11).

Центробежная сила инерции вращающей части шатуна в МПа , направленная по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку:

(4.12),

где - часть массы шатуна, отнесенная к вращающимся массам, кг,

;

.

Результирующая сила действующая на шатунную шейку представляет собой геометрическую сумму:

(4.13).

Абсолютное значение этой силы в Н определяется по формуле:

(4.14).

Результаты вычисления силы сводятся в таблицу 4.1.

1.2 Построение графиков сил и моментов

Для ориентирования силы относительно шатунной шейки построения ее осуществляется также и в полярных координатах.

Целесообразно первоначально произвести построение полярной диаграммы силы. Так как , то полярную диаграмму для этой силы получают откладыванием в прямоугольных координатах значений сил и для различных углов.

По графику силы в прямоугольной системе координат определяются ее среднее значение по формуле:

(4.15),

где - площадь, ограниченная кривой и осью абсцисс;

- длина диаграммы по оси , мм;

- принятый в динамическом расчете масштаб сил, МПа/мм.

.

Среднее значение Кривая тангенсальных сил в масштабе в Нм/мм является кривой изменения индикаторного крутящего момента, развиваемого одним цилиндром. Построение графика суммарного индикаторного крутящего момента многоцилиндрового двигателя (с равномерным чередованием одноименных процессов) сводится к суммированию крутящих моментов от всех цилиндров с учетом чередования вспышек. Так как величины и характер изменения крутящего момента по углу поворота коленчатого вала одинаковы и отличаются лишь угловыми интервалами, равным угловым интервалам между вспышками в отдельных цилиндрах, то для подсчета суммарного крутящего момента достаточно иметь значения крутящего момента одного цилиндра. При разных интервалах между вспышками крутящий момент будет периодически изменяться.

Построение кривой суммарного крутящего момента осуществляется графическим способом. Для этого кривую крутящего момента одного цилиндра разбиваем на столько равных частей по длине, сколько цилиндров в двигателе. Все участки кривой сводятся на новой координатной сетке и графически суммируются ординаты.

Результирующая кривая показывает изменение суммарного крутящего момента двигателя в зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала.

Сумма индикаторного крутящего момента двигателя (индикаторный крутящий момент) в Нм определяется графоаналитическим способом по формуле:

(4.16),

где -площади ограниченные кривой соответственно выше оси абсцисс в пределах одного периода, мм;

- длина графика в пределах одного периода, мм.

.

.

Эффективный крутящий момент двигателя в Нм:

(4.17),

где - механический КПД двигателя:

.

Полученное значение не должно отличаться более чем на =5% от рассчитанного в тепловом расчете значения.

.

2. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Принимаем расчетные точки скоростной характеристики: ; ; ; ;; ;;;;.

Мощность в расчетных точках определяется по формуле:

(5.1)

Эффективный крутящий момент определяется по формуле:

(5.2).

Удельный эффективный расход топлива определяется по формуле:

(5.3).

Часовой расход топлива определяется по формуле:

(5.4).

Результаты расчетов сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Внешние скоростные характеристики двигателя

,кВт

,Нм

г/(кВтч)

,кг/ч

400

22,6

539,1

310,8

7,0

700

46,6

636,2

278,7

12,9

1000

74,3

710,1

253,9

18,8

1300

103,5

760,6

236,5

24,5

1600

131,9

787,8

226,4

29,9

1900

157,4

791,7

223,7

35,2

2200

177,8

772,3

228,4

40,6

2400

187,5

746,4

235,6

44,17

3. Оценка надежности проектируемого двигателя

При проектировании двигателя ориентировочная оценка надежности двигателя может быть осуществлена определением следующих критериев:

- критерий Б.Я. Гинцбурга:

(6.1),

где - номинальная мощность, кВт;

I- число цилиндров;

D- диаметр цилиндра, см;

.

.

4. Подбор автотранспортного средства к двигателю

Подбор автотранспортного средства к проектируемому двигателю включают определение типа АТС, полной массы.

Тип АТС выбирается по номинальной мощности двигателя:

Так как 80 кВт - грузовой автомобиль.

Для ориентировочной оценки полной массы АТС в кг пользуются статическими данными по удельным мощностям двигателя по формуле:

(7.1),

где - максимальная (номинальная) мощность двигателя, кВт;

- удельная мощность двигателя, кВт/кг.

для грузовых - ;

.

5. Порядок компоновки двигателя

Компоновка является первым этапом разработки конструкции двигателя. Уточнение и детализацию компоновки двигателя производят на последующих этапах проектирования.

В процессе компоновки получают наиболее рациональный вариант относительно расположения механизмов, агрегатов и отдельных деталей двигателя с одновременной увязкой их основных размеров.

Из всех агрегатов автомобиля двигатель является наиболее крупным механизмом. Конструктор стремится сделать его наиболее компактным, исходя из условия размещения на автомобиле. V- образные двигатели нашли широкое применение на грузовых автомобилях. Именно на таких машинах наиболее полно проявляются их преимущества: малые массы и габариты(компактность); повышенный срок службы, обусловленный высокой жесткостью корпусных деталей коленчатого и кулачкового валов.

Наиболее рациональной компоновочной схемой будет та, которая обеспечит достижение наилучшего сочетания укрупненных технико-экономических показателей проектируемого двигателя.

Работа начинается с разметки кривошипно-шатунного механизма на поперечном разрезе.

При компоновке рядных двигателей наносится вертикальная ось цилиндра X-X и на ней отмечается точка О- центр кривошипа. Через эту точку проходит горизонтальная ось Y-Y. Проводится окружность с центром в точке О радиусом R- траектория движения центра шатунной шейки. На этой окружности в произвольном месте отмечается точка В, которая соответствует положению центра шатунной шейки при данном угле поворота кривошипа. Отложив из точки В до пересечения с осью X-X отрезок, равный длине шатуна находят положение оси поршневого пальца (точка А). Наносят на чертеже стенки цилиндра проводят две линии, параллельные оси X-X и отстоящие от нее на расстоянии D/2. Получив исходную разметку, приступают к компоновке деталей кривошипно-шатунного механизма.

Компоновку поршневой группы начинают с определения высоты поршня. Затем находят расстояние на верхней кромки поршня до оси пальца. Далее с учетом размещения предварительно выбранного числа колец прорисовывают элементы поршневой группы по размерам, определенным по таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Размеры элементов поршневой группы

Элементы поршневой группы

Формула

Значения

Высота поршня

167,4

Расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца

87,4

Толщина днища поршня

17,2

Высота юбки поршня

81

Диаметр бобышки

54

Расстояние между торцами бобышек b

41

Толщина стенки юбки поршня

3

Толщина стенки головки поршня S

7,5

Расстояние до первой поршневой канавки e

18

Толщина первой кольцевой перемычки

6

Радиальная толщина кольца t

4,8

Высота кольца a

5

Радиальный зазор кольца в канавке поршня

0,7

Внутренний диаметр поршня

82

Диаметр масляного канала

2

Наружный диаметр пальца

36

Внутренний диаметр пальца

19,8

Длина пальца

86

Длина втулки шатуна

35

Компоновку цилиндра выполняют следующим образом. При положении поршня в ВМТ его днище обычно находится на уровне верхней кромки цилиндра, т.е. верхний выбег поршня . В большинстве двигателей длина цилиндра такова, что при положении поршня в НМТ кромка его юбки выходит из цилиндра. Нижний выбег достигает 15…30 мм. При размещении на юбке маслосъемных колец выбираются таким, чтобы кольца не выходили из цилиндра. Зазор между торцом верхней головки шатуна и торцом бобышки поршня обычно составляет 1,5..2,5 мм.

Основные размеры шатуна определяется по соотношениям, представленными в таблице 8.2.

Таблица 8.2 - Размеры элементов шатуна

Элементы шатуна

Формула

Значения

Внутренний диаметр поршневой головки d

-без втулки

-с втулкой

36

41

Наружный диаметр головки

61,8

Минимальная радиальная толщина стенки головки

10

Радиальная толщина стенки втулки

2,5

Диаметр шатунной шейки

78

Толщина стенки вкладыша

3

Расстояние между шатунными болтами

104

Длина кривошипной головки

35

Размеры среднего сечения В-В шатуна

-

-

-

-

32

41,6

25,2

6

Для окончательной проверки длины зеркала цилиндра следует определить минимальный зазор между стержнем шатуна и нижней кромкой цилиндра (при больших значениях возможно задевание им нижней кромки цилиндра). Минимальный зазор составляет мм.

Таблица 4.1 - Результаты вычисления сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

У-гол

,-МПа

,МПа

N,МПа

Sш,МПа

K,кН

T,Мпа

Mкр.ц,МПа

Rш.ш, Мпа

0

0,0125

-1,5981

-1,5856

0

-1,5856

-17,9173

0

0

0,782237

30

0,041

-1,2596

-1,2186

-0,16573

-1,22957

-10,9886

-0,75309

-510,598

0,771842

60

0,041

-0,4593

-0,4183

-0,09997

-0,43001

-1,38495

-0,40073

-271,696

0,789985

90

0,041

0,33976

0,38076

0,105851

0,395229

-1,19612

0,38076

258,1553

0,79467

120

0,041

0,79906

0,84006

0,200774

0,863582

-6,71132

0,627525

425,4618

0,661553

150

0,041

0,919864

0,960864

0,130678

0,969512

-10,1412

0,36705

248,8599

0,378916

180

0,041

0,918606

0,959606

0

0,959606

-10,8435

0

0

0,156243

210

0,041

0,919864

0,960864

-0,13068

0,969512

-10,1412

-0,36705

-248,86

0,378916

240

0,066

0,79906

0,86494

-0,20672

0,889158

-6,91009

-0,64611

-438,063

0,673992

270

0,148

0,33976

0,48776

-0,1356

0,506295

-1,53225

-0,48776

-330,701

0,826934

300

0,39

-0,4593

-0,06866

0,01641

-0,07058

-0,22733

0,065776

44,59632

0,786003

330

1,52

-1,2596

0,26423

-0,03594

0,266608

2,382668

-0,16329

-110,713

1,02728

360

5,4

-1,5981

3,8019

0

3,8019

42,96147

0

0

4,605263

370

8,54

-1,55848

6,98132

0,328122

6,988999

77,07447

1,53589

1041,334

7,777278

380

8,24

-1,44271

6,78979

0,63145

6,816949

69,66596

2,91282

1974,892

7,552775

390

4,871

-1,2596

3,60681

0,490526

3,639271

32,52405

2,229009

1511,268

4,303793

420

1,513

-0,4593

1,04332

0,249353

1,072533

3,454328

0,999501

677,6614

1,492985

450

0,749

0,33976

1,08951

0,302884

1,130911

-3,42259

1,08951

738,6878

1,198963

480

0,511

0,79906

1,309685

0,313015

1,346356

-10,4632

0,978335

663,3109

0,985985

510

0,3492

0,919864

1,269064

0,172593

1,280486

-13,394

0,484782

328,6825

0,617166

540

0,2205

0,918606

1,139106

0

1,139106

-12,8719

0

0

0,335743

570

0,12831

0,919864

1,048174

-0,14255

1,057608

-11,0626

-0,4004

-271,473

0,437228

600

0,0626

0,79906

0,86164

-0,20593

0,885766

-6,88373

-0,64365

-436,391

0,672299

630

0,0499

0,33976

0,389685

-0,10833

0,404493

-1,22416

-0,38969

-264,206

0,79682

660

0,0332

-0,4593

-0,42612

0,101843

-0,43805

-1,41084

0,408223

276,7752

0,791847

690

0,017845

-1,2596

-1,24176

0,168879

-1,25293

-11,1974

0,767405

520,3003

0,789992

720

0,0125

-1,5981

-1,5856

0

-1,5856

-17,9173

0

0

0,782237


Подобные документы

  • Техническая характеристика двигателя. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя. Определение внешней скоростной характеристики двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и системы жидкостного охлаждения. Расчет деталей на прочность.

    курсовая работа [365,6 K], добавлен 12.10.2011

  • Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы. Расчет процессов газообмена, процесса сжатия. Термохимический расчет процесса сгорания. Показатели рабочего цикла двигателя. Построение индикаторной диаграммы. Расчет кривошипно-шатунного механизма.

    курсовая работа [144,2 K], добавлен 24.12.2016

  • Расчёт динамики кривошипно-шатунного механизма для дизеля 12Д49. Расчет сил и крутящих моментов в отсеке V-образного двигателя, передаваемых коренными шейками, нагрузок на шатунные шейки и подшипники. Анализ уравновешенности V-образного двигателя.

    курсовая работа [318,4 K], добавлен 13.03.2012

  • Расчет процессов наполнения, сжатия, сгорания и расширения, определение индикаторных, эффективных и геометрических параметров авиационного поршневого двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и расчет на прочность коленчатого вала.

    курсовая работа [892,4 K], добавлен 17.01.2011

  • Определение параметров рабочего цикла дизеля. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. Построение регуляторной характеристики автотракторного двигателя внутреннего сгорания. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма, параметров маховика.

    курсовая работа [309,2 K], добавлен 29.11.2015

  • Схема кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания и действующих в нем усилий. Его устройство и схема равнодействующих моментов. Расчет сил инерции. Диаграмма износа шатунной шейки коленчатого вала. Способы уравновешивания его значений.

    контрольная работа [108,6 K], добавлен 24.12.2013

  • Расчет двигателя в системе имитационного моделирования "Альбея". Изучение характера изменений действующих на кривошипно-шатунный механизм сил в процессе работы двигателя, а также определение максимальных усилий на детали для прочностного расчета.

    курсовая работа [3,6 M], добавлен 25.01.2014

  • Цикл движения шестизвенного кривошипно-ползунного механизма. Разбивка передаточного отношения редуктора по ступеням. Подбор чисел зубьев. Расчет делительных диаметров и построение схемы. Кинематическое исследование кривошипно-ползунного механизма.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.02.2012

  • Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания: динамический анализ сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, параметры процессов, расход топлива; проект гидрозапорной системы двигателя; выбор геометрических и экономических показателей.

    дипломная работа [3,7 M], добавлен 12.10.2011

  • Основные элементы кривошипно-шатунного механизма двигателя: цилиндры (гильзы), поршни (с поршневыми кольцами и пальцами), шатуны с подшипниками, коленчатый вал и маховик. Признаки работоспособного состояния механизма. Расчет давления в системе смазки.

    презентация [4,7 M], добавлен 11.11.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.